【納(na)米金(jin)剛(gang)石(shi)】納(na)米金(jin)剛(gang)石(shi)的應(ying)用領(ling)域 納(na)米金(jin)剛(gang)石(shi)分散方法簡介

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納米金剛石分散方法簡介

金剛石粉體在(zai)工業上作為一種超硬材料，被(bei)廣泛應(ying)用于切(qie)削、磨(mo)削、耐磨(mo)涂層、拋(pao)(pao)光等領(ling)域。本(ben)文將重點(dian)介紹(shao)納米(mi)金剛石(shi)微(wei)粉在(zai)拋(pao)(pao)光領(ling)域的應(ying)用及(ji)其(qi)分(fen)散方法。歐(ou)美俄等國開展(zhan)納米(mi)金剛石(shi)研究(jiu)較早，具(ju)備(bei)了納米(mi)金剛石(shi)拋(pao)(pao)光液(ye)、拋(pao)(pao)光膏的生產能力，國內在(zai)納米(mi)金剛石(shi)拋(pao)(pao)光液(ye)制(zhi)備(bei)領(ling)域的研究(jiu)剛起(qi)步。技術水平與(yu)國外相比(bi)還有一定的差距。

納米金剛石分散問題探討

納米(mi)(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)顆粒(li)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)大(da)量原子(zi)懸空鍵(jian)使(shi)其化學活性大(da)大(da)提高，非常大(da)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)積，使(shi)其有巨大(da)的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)能，容(rong)易形成(cheng)硬的(de)(de)(de)(de)難以(yi)解(jie)聚的(de)(de)(de)(de)團(tuan)聚體是(shi)(shi)不可避免的(de)(de)(de)(de)。所(suo)以(yi)納米(mi)(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)在介(jie)質中散穩(wen)定性差，容(rong)易發生團(tuan)聚，使(shi)其在應(ying)用過(guo)程中受到(dao)嚴重制(zhi)約。也就是(shi)(shi)說，納米(mi)(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)拋光液(ye)制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)技(ji)(ji)術是(shi)(shi)納米(mi)(mi)金(jin)(jin)剛石(shi)在介(jie)質中的(de)(de)(de)(de)長期(qi)穩(wen)定分散及粒(li)度的(de)(de)(de)(de)均一性、這是(shi)(shi)一道世界性技(ji)(ji)術難題(ti)。

納米金剛石干粉團粒度平均達2μm.納米金剛石表而含有(you)大量有(you)機官能(neng)團，主要為一OH（羥基(ji)）、一C=O（羰(tang)基(ji)）、一(yi)COOH（羧(suo)基(ji)(ji)）以及一些(xie)含氮的基(ji)(ji)團，所(suo)占面積可達顆粒表面的10%~25%.這些(xie)含(han)氧活性(xing)基(ji)團(tuan)和含(han)氮活性(xing)物(wu)質(zhi)可與許多有機化(hua)合(he)物(wu)反應(ying)或(huo)吸附。為納米金剛(gang)石在(zai)油或(huo)水介(jie)質(zhi)中的分散提供了基(ji)礎。

納(na)米(mi)金剛(gang)石的(de)分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)技術一般分(fen)(fen)物理(li)(li)分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)和(he)化學分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)。物理(li)(li)分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)又可分(fen)(fen)為超聲分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)、機械攪拌分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)和(he)機械研磨分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)。化學分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)又可分(fen)(fen)為化學改性分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)、分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)劑(ji)分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)。納(na)米(mi)金剛(gang)石拋(pao)光液的(de)分(fen)(fen)散(san)(san)(san)(san)(san)過(guo)程就是使納(na)米(mi)金剛(gang)石聚集體在拋(pao)光液中呈原始單體狀態彌(mi)散(san)(san)(san)(san)(san)分(fen)(fen)布于液相的(de)過(guo)程。

分散過程主要包括兩個步驟：

一是，顆粒在液相中的浸濕，

二是，使(shi)原生顆(ke)(ke)粒穩定(ding)分散而不(bu)產生團聚(ju)或使(shi)已形成的團聚(ju)破解成較(jiao)小的團聚(ju)或原始單體顆(ke)(ke)粒。

我國一些行業專家對納米金剛石在水介質中的穩定分散工藝及其機理進行了探索，認為采用機械化學處理對金剛石進行表面(mian)(mian)改性，利用高剪切攪拌、高能超聲(sheng)振動磨等機械力與聚合物(wu)表面(mian)(mian)活性劑的協同效應，在有效地(di)粉(fen)碎(sui)納(na)(na)米(mi)金(jin)剛(gang)石的同時(shi)，對(dui)納(na)(na)米(mi)金(jin)剛(gang)石表面(mian)(mian)，尤(you)其是粉(fen)碎(sui)過程(cheng)中新的表面(mian)(mian)進行改性，調(diao)節顆粒表面(mian)(mian)親(qin)水(shui)疏水(shui)性，實現納(na)(na)米(mi)金(jin)剛(gang)石在介質(zhi)中的穩(wen)定分(fen)散。

基于這項研究成果，使用硅烷偶聯劑KH-570和高(gao)聚物JQ-3表面改(gai)性過的(de)納米金剛石，以超聲作(zuo)為(wei)分散手段，將其分散在乙醇中，得到了平均粒徑51.7nm的(de)膠體溶液、兩(liang)種(zhong)高聚物分(fen)散劑(ji)復配(pei)使用(yong)，可(ke)以(yi)明顯(xian)提(ti)高納米金剛石(shi)在乙醇中的(de)分(fen)散性(xing)和穩定性(xing)，為國(guo)產油性(xing)拋光液的(de)制備奠定了(le)基(ji)礎(chu)。

納米金剛石在拋光領域應用簡介

納(na)米金(jin)剛石(shi)(shi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)液以其(qi)優(you)(you)異的(de)性能廣泛應(ying)用(yong)于(yu)半導體(ti)硅片拋(pao)(pao)光(guang)(guang)、計算(suan)機硬盤基片、計算(suan)機頂(ding)頭拋(pao)(pao)光(guang)(guang)、精密陶瓷、人造晶體(ti)、硬質合金(jin)、寶(bao)石(shi)(shi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)等領域(yu)。俄羅斯用(yong)納(na)米金(jin)剛石(shi)(shi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)石(shi)(shi)英(ying)、光(guang)(guang)學玻(bo)璃等，其(qi)拋(pao)(pao)光(guang)(guang)表(biao)面(mian)粗糙度達到1nm.納(na)米金(jin)剛石(shi)(shi)的(de)應(ying)用(yong)顯示出(chu)很多(duo)優(you)(you)點。由于(yu)超細、超硬，使(shi)得光(guang)(guang)學拋(pao)(pao)光(guang)(guang)中的(de)難題迎刃而解。

精細拋光(guang)是光(guang)學(xue)拋光(guang)中的難題，原工(gong)藝方法是把(ba)磨(mo)料(liao)反復(fu)使(shi)(shi)用，需(xu)要幾十(shi)小(xiao)時(shi)，效率很低(di)。現在(zai)使(shi)(shi)用了納米金剛石(shi)，使(shi)(shi)拋光(guang)速度大(da)大(da)提高(gao)。拋光(guang)相(xiang)同的工(gong)件所需(xu)的時(shi)間僅需(xu)十(shi)幾小(xiao)時(shi)至幾十(shi)分鐘，效率提高(gao)數(shu)十(shi)倍至數(shu)百倍。

納米金剛石的應用領域

1、納(na)米金(jin)剛石加在潤滑油，冷卻(que)液中(zhong)

納(na)米金剛石在(zai)潤(run)滑(hua)油(you)，潤(run)滑(hua)脂和冷(leng)卻液中(zhong)的應用主(zhu)要(yao)用在(zai)機械業,金(jin)屬(shu)加(jia)工，發動(dong)機(ji)制(zhi)造，船舶制(zhi)造，航空，運輸(shu)。潤滑油(you)中加(jia)入(ru)納(na)米金(jin)剛石(shi)可提高發動(dong)機(ji)和傳動(dong)裝置工作壽命，節約燃油(you)機(ji)油(you)，摩(mo)擦力矩(ju)降低20～40%，摩(mo)擦表面磨損降低30～40%。1000公斤(jin)機油(you)耗用(yong)納米金剛石0.1～0.2公斤。 納米金剛(gang)石(shi)應用在潤(run)滑(hua)油中必須要解(jie)(jie)決其穩定懸浮(fu)問題，目前已(yi)有公司(si)解(jie)(jie)決了這一問題。

2、納米金(jin)剛石—聚合(he)物復合(he)體(ti)

納米金(jin)剛(gang)石(shi)聚(ju)(ju)(ju)合(he)物復合(he)體應用于航空(kong)，汽(qi)車，拖拉機，船(chuan)舶制造業(ye)，醫學(xue)，化工(gong)，石(shi)油化工(gong)，截止閥，保護層和(he)耐磨涂(tu)層。已(yi)研制出氟彈(dan)性橡(xiang)膠(jiao)(jiao)和(he)聚(ju)(ju)(ju)硅(gui)氧(yang)烷(wan)基(ji)高效涂(tu)層。聚(ju)(ju)(ju)異戊二烯橡(xiang)膠(jiao)(jiao)，丁(ding)(ding)苯橡(xiang)膠(jiao)(jiao)，丁(ding)(ding)腈橡(xiang)膠(jiao)(jiao)和(he)天然橡(xiang)膠(jiao)(jiao)的(de)彈(dan)性強(qiang)度性能得到大(da)大(da)改(gai)善。在橡(xiang)膠(jiao)(jiao)中(zhong)添加納米金(jin)剛(gang)石(shi)可平均降低磨損2～4倍(bei)，提高耐(nai)斷裂性能30%，提高破壞溫度(du)15%。

含有納(na)米金剛石的(de)環氧(yang)樹脂膠具有更高的(de)粘附性(xing)和內聚(ju)性(xing)，聚(ju)合物中加(jia)納(na)米金剛石可(ke)提高其(qi)強度，耐(nai)磨性(xing)和抗熱老化作用。 1000公斤橡膠(jiao)（聚合物(wu)）耗用納米金剛石(shi)1～5公斤，1000m2聚合(he)物涂(tu)層耗用(yong)金剛石(shi)1～5公(gong)斤(jin)。

3、燒結體

納米金(jin)剛石在磨料磨具領域(yu)主要用來與過渡金(jin)屬混合制造高強(qiang)度(du)低氣孔率(lv)的金(jin)剛石燒結體，其顯微硬度(du)可達6000～7000kg/mm2。可用(yong)來加工軟或脆性材料(liao)，加工表面粗糙度(du)很低。如果(guo)預先外延生長(chang)碳(tan)或添加靜壓合成(cheng)的金剛石微粉，在10～12GPa壓(ya)力下燒結獲(huo)得的金剛石聚(ju)晶(jing)顯(xian)微硬度可(ke)達天然金剛石單(dan)晶(jing)的水平。做成鉆頭鉆高強度巖層可(ke)達到(dao)或超(chao)過CB-СП（俄羅斯）聚晶的(de)使用性能。壓(ya)制靜壓(ya)合成的(de)金剛石微(wei)粉時，將納米(mi)金剛石作為硅浸漬料(liao)的(de)組份，幾乎可將燒結(jie)體成品(pin)率提高一倍，抗壓(ya)強(qiang)度(du)由1.7GPa提高到2.2GPa。這(zhe)種燒結體用(yong)作(zuo)鉆頭的切(qie)削元件。

4、磁性記錄系統(tong)

納米金剛石還可(ke)用在磁(ci)(ci)帶，磁(ci)(ci)盤等磁(ci)(ci)性(xing)記(ji)錄載體中(zhong)，起(qi)耐(nai)磨添(tian)(tian)加劑和物理改(gai)性(xing)劑的(de)作用。在電(dian)化(hua)學(xue)涂附復合磁(ci)(ci)性(xing)記(ji)錄薄膜時添(tian)(tian)加納(na)米(mi)金(jin)剛(gang)石，以改(gai)善磁(ci)(ci)性(xing)記(ji)錄裝置的(de)性(xing)能。添(tian)(tian)加納(na)米(mi)金(jin)剛(gang)石可(ke)減小鐵磁(ci)(ci)材料顆粒(li)，提高記(ji)錄密度，降低磨料磨損和摩擦系(xi)數。

5、添(tian)加到金(jin)屬(shu)間化合(he)物中

含有納(na)米金(jin)剛石(shi)的銅(tong)，錫，鋅金(jin)屬間化合物可(ke)用做工作條件非常惡劣的摩擦部(bu)件，這時塑性(xing)和液(ye)體潤滑材料(liao)常常被擠出來。納(na)米金(jin)剛石(shi)對于銅(tong)鋅或(huo)銅(tong)錫合金(jin)是理想的組份材料(liao)（含量不超過15體積%)。加(jia)入(ru)納米金(jin)剛石后使(shi)摩擦力(li)降至1/2～1/6。

6、醫(yi)學

納(na)米金剛石還可(ke)在醫(yi)學上(shang)用于腫(zhong)瘤，胃腸疾病(bing)，皮膚病(bing)的治療。它無毒，無致癌或銹變性質。納(na)米金剛石是超活性吸附劑(ji)和生物(wu)活性物(wu)定位劑(ji)，可(ke)極大增(zeng)強藥(yao)物(wu)的療效。